JP7142099B2

JP7142099B2 - 被覆工具及び切削工具

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Description

本開示は、切削加工に用いられる被覆工具に関する。

旋削加工及び転削加工のような切削加工に用いられる被覆工具としては、例えば特許文献１に記載の被覆工具が知られている。特許文献１に記載の切削工具では、組成の異なるＴｉＣＮＯ層を複数積層することで、被覆層の耐摩耗性及び耐欠損性を高くすることが記載されている。

特許文献２には、超硬合金などで構成された基体の表面に、チタン（Ｔｉ）の化合物を含有する層（チタン化合物層）及び酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を含有する層（酸化アルミニウム層）を備えた被覆層が形成された被覆工具が記載されている。特許文献２に記載の被覆工具においては、チタン化合物層及び酸化アルミニウム層の界面に複数の空孔が形成されており、これら複数の空孔によって、衝撃緩和効果が得られることが記載されている。

これらの特許文献に記載されているように、被覆工具においては、被覆層の構成を工夫することが行われている。

ＷＯ２０１７／０９０７６５特開２０１５－１８２２０９号公報

本開示の被覆工具は、第１面を具備する基体と、前記第１面の上に位置する被覆層と、を有する。前記被覆層は、少なくとも、前記基体側から順に炭窒化チタン層、炭窒酸化チタン層、酸化アルミニウム層とを有する。前記炭窒酸化チタン層は、前記第１面に直交する断面において、前記炭窒酸化チタン層を厚みの半分で分けたとき、前記炭窒化チタン層に接する第１炭窒酸化チタン層の酸素量よりも、前記酸化アルミニウム層に接する第２炭窒酸化チタン層の酸素量が多い。前記被覆層は、前記第１面に直交する断面において、前記炭窒化チタン層に、前記基体及び前記炭窒化チタン層境界に沿った方向に並んで位置する複数の空孔を有する。前記境界に沿う方向における前記空孔の幅の平均値が、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さい。

本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって伸びる棒状であり、前記第１端の側に位置するポケットを有するホルダと、前記ポケット内に位置する、上述の被覆工具とを有する。

本開示の被覆工具を示す斜視図である。図１に示す被覆工具におけるＡ－Ａ断面の断面図である。図２に示す被覆工具における被覆層付近の拡大図である。図３に示す領域Ｂ１の一例を示す拡大図である。本開示の切削工具を示す平面図である。図５に示す領域Ｂ２の拡大図である。

以下、本開示の被覆工具１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

＜被覆工具＞
図１及び図２に示すように、本開示の被覆工具１は、基体３及び被覆層５を備えている。基体３は、第１面７（図２における上面）と、第１面７と隣り合う第２面９（図２における側面）と、第１面７及び第２面９が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃１１とを有している。

図１に示す例における基体３は四角板形状であり、第１面７が四角形である。そのため、第２面９の数は４つとなっている。第１面７の少なくとも一部がすくい面領域であり、第２面９の少なくとも一部が逃げ面領域である。なお、基体３の形状としては、四角板形状に限定されるものではなく、例えば第１面７が、三角形、五角形、六角形又は円形であってもよい。また、基体３は、板形状に限定されるものではなく、例えば柱形状であってもよい。

基体３は、例えば、コバルトおよびニッケルの少なくとも一方を５～１０質量％含有しており、他にＷＣや金属の炭化物や窒化物や炭窒化物からなる硬質相を含有している。これらの硬質相の平均粒径は、硬度を高くする観点から３μｍ以下、さらに１μｍ以下であるとよい。

被覆層５は、基体３の少なくとも第１面７の上に位置している。被覆層５は、第１面７のみの上に位置していてもよく、また、基体３における第１面７以外の他の面の上に位置していてもよい。図２に示す例では、第１面７に加えて第２面９の上にも被覆層５が位置している。被覆層５は、切削加工における被覆工具１の耐摩耗性及び耐チッピング性などの特性を向上させるために備えられている。

基体３は、第１面７及び第１面７の反対側に位置する面を貫通する貫通穴２３を有していてもよい。貫通穴２３は、被覆工具１をホルダに固定するための固定部材を挿入するために用いることができる。固定部材としては、例えばネジ及びクランプ部材が挙げられる。

基体３の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、第１面７の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、第１面７から第１面７の反対側に位置する面までの高さは５～２０ｍｍ程度に設定される。

被覆層５は、図３に示すように、基体３側から順に炭窒化チタン層１３、炭窒酸化チタン層１４、酸化アルミニウム層１５を有している。炭窒化チタン層１３は、第１面７の上に位置しており、チタン化合物を含有している。

炭窒酸化チタン層１４は、ＴｉＣ_xＮ_yＯ_z（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される組成を有している。

第１面に直交する断面において、この炭窒酸化チタン層１４を厚みの半分で分け、炭窒化チタン層１３側に位置する炭窒酸化チタン層１４を第１炭窒酸化チタン層１４ａとし、酸化アルミニウム層１５側に位置する炭窒酸化チタン層１４を第２炭窒酸化チタン層１４ｂとする。

本開示の被覆工具１は、第１炭窒酸化チタン層１４ａよりも、第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量が多い。このような構成を有することで、第２炭窒酸化チタン層１４ｂと酸化アルミニウム層１５との接合性が高い。炭窒酸化チタン層１４の厚みは、例えば、０．１～３μｍとするとよい。

酸化アルミニウム層１５は、炭窒酸化チタン層１４の上に接して位置しており、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を含有している。なお、酸化アルミニウム層１５の上にさらにＴｉＮ層（図示しない）を有していてもよい。

炭窒化チタン層１３に含有されているチタン化合物としては、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物が挙げられる。炭窒化チタン層１３は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。

また、炭窒化チタン層１３は、チタン化合物を含有しているものであれば、単層の構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。例えば、図３に示すように炭窒化チタン層１３は、窒化チタン層１７と、炭窒化チタン層１９とが積層された構成であってもよい。炭窒化チタン層１３が窒化チタン層１７を有している場合には、基体３と炭窒化チタン層１３との密着力がさらに高い。なお、窒化チタン層１７および炭窒化チタン層１９は、それぞれ窒化チタンおよび炭窒化チタンが主成分ということであり、他の成分を含有していてもよい。また、上記の「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。なお、炭窒酸化チタン層１４及び酸化アルミニウム層１５についても同様である。

また、炭窒化チタン層１９が、互いに組成の異なる複数の領域が積層された構成であってもよい。例えば、炭窒化チタン層１９が、いわゆるＭＴ（moderate temperature）－第１領域１９ａと、いわゆるＨＴ（high temperature）－第２領域１９ｂとが積層された構成であってもよい。

炭窒化チタン層１９が第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂを有する場合において、炭窒化チタン層１９が、第１領域１９ａ及び第２領域１９ｂの間に更に中間領域１９ｃを有していてもよい。なお、上記の層及び領域の境界は、例えば、ＳＥＭ写真又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）写真）を観察することにより、特定することが可能である。その特定は、各層を構成する元素の割合や、結晶の大きさや配向性の差異によって行うことができる。また、オージェ電子分光分析（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）などの手法を併用してもよい。

酸化アルミニウム層１５に含有されている酸化アルミニウムとしては、例えば、α－アルミナ（α－Ａｌ₂Ｏ₃）、γ－アルミナ（γ－Ａｌ₂Ｏ₃）及びκ－アルミナ（κ－Ａｌ₂Ｏ₃）が挙げられる。これらのうち酸化アルミニウム層１５がα－アルミナを含有している場合には、被覆工具１の耐熱性を高めることができる。酸化アルミニウム層１５は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。

酸化アルミニウム層１５に含有されている酸化アルミニウムが上記の化合物のいずれであるかは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）分析を行い、ピーク値の分布を観察することによって評価できる。

炭窒化チタン層１３におけるチタン化合物の含有比率、及び、酸化アルミニウム層１５における酸化アルミニウムの含有比率は特定の値に限定されるものではない。一例として、炭窒化チタン層１３がチタン化合物を主成分として含有しており、また、酸化アルミニウム層１５が酸化アルミニウムを主成分として含有している構成が挙げられる。なお、上記の「主成分」とは、上述と同じく、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。

炭窒化チタン層１３はチタン化合物以外の成分を含有していてもよい。また、炭窒酸化チタン層１４は、ＴｉＣ_xＮ_yＯ_z以外の成分を含有していてもよい。また、酸化アルミニウム層１５は酸化アルミニウム以外の成分を含有していてもよい。

被覆層５は、図４に示すように、炭窒化チタン層１３の内部に空孔２１を有している。なお、図４においては、第２炭窒酸化チタン層１４ｂ及び酸化アルミニウム層１５を省略して記載している。

本開示の被覆工具１は、基体３の第１面７に直交する断面において、被覆層５における炭窒化チタン層１３に、基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６に沿った方向に並んで位置する複数の空孔２１を有している。なお、以後、基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６は、単に第１境界１６と記載することがある。

また、第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔、すなわち第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値よりも小さい。このような構成を満たす被覆工具１は、第１部分Ｘの強度が低下することを抑えつつ、空孔２１において高い耐衝撃性を得ることができる。そのため、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性の低下を抑えつつ、空孔２１によって衝撃を緩和する効果が得られる。

本開示の被覆工具１は、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の間では、空孔２１の存在によって衝撃を緩和し、炭窒酸化チタン層１４及び酸化アルミニウム層１５の間では、第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量が第１炭窒酸化チタン層１４ａよりも多いことで、炭窒酸化チタン層１４及び酸化アルミニウム層１５の接合性が高い。

このような構成を有する本開示の被覆工具１は、優れた耐衝撃性と接合性を有する。

なお、炭窒酸化チタン層１４における、第１炭窒酸化チタン層１４ａ及び第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量の測定は、第１面７に直交する断面においてＡＥＳ（オージェ電子分光分析）装置を用いて測定するとよい。

第１炭窒酸化チタン層１４ａ及び第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量は、それぞれの層の厚み方向における中心における量を測定するとよい。

また、第２炭窒酸化チタン層１４ｂの酸素量は、５～２０原子％とするとよい。このような範囲とすると、第２炭窒酸化チタン層１４ｂと酸化アルミニウム層１５との接合性が高い。

また、第１炭窒酸化チタン層１４ａの酸素量は、１～５原子％とするとよい。なお、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値を評価する際に、第１面７に直交する断面に存在する全ての空孔２１の幅ｗ１を評価する必要はなく、断面において並んで位置する５～１０個程度の空孔２１の幅ｗ１の平均値によって評価すればよい。例えば、第１面７に直交する断面において炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の境界２２を含む１０μｍ四方の領域を抽出し、この領域における空孔２１の幅ｗ１を測定すればよい。また、第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値は、断面において並んで位置する５～１０個程度の空孔２１での間隔の平均値によって評価すればよい。なお、本開示においては、他にも平均値を定める場合がある。これらはいずれも、５～１０程度の値の平均値とするとよい。

空孔２１は、炭窒化チタン層１３に存在していればよい。例えば、図４に示すように炭窒化チタン層１３内に位置している構成だけでなく、炭窒化チタン層１３内及び炭窒酸化層１４内のそれぞれに位置している構成であってもよい。

なお、空孔２１が基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６に沿って位置しているとは、複数の空孔２１の第１境界１６までの間隔が、その平均値に対して±２０％の範囲に収まっていることをいう。

被覆工具１の耐熱性及び耐久性の観点から炭窒化チタン層１３がチタン化合物として炭窒化チタンを含有し、さらに、酸化アルミニウム層１５が酸化アルミニウムとしてα－アルミナを含有している場合において、複数の空孔２１が炭窒化チタン層１３内に位置している際には被覆工具１の耐久性がさらに高められる。

これは、α－アルミナと比較して炭窒化チタンの硬度は高いものの耐衝撃性が低いが、空孔２１が炭窒化チタン層１３内に位置していることにより、炭窒化チタン層１３において空孔２１による耐衝撃性を高めることができ、被覆工具１の耐久性がさらに高められるからである。

空孔２１の大きさとしては、特に限定されるものではないが、例えば、２０～２００ｎｍに設定できる。空孔２１の大きさが２０ｎｍ以上である場合には、空孔２１による衝撃緩和の効果を高めることができる。また、空孔２１の大きさが、２００ｎｍ以下の場合には、炭窒化チタン層１３の強度を維持し易い。なお、空孔２１の大きさとは、その空孔２１の第１面７に直交する断面における幅ｗ１の最大値を意味する。

また、空孔２１の形状としては、特に限定されるものではないが、第１面７に直交する断面において、第１面７に直交する方向における高さｈ１よりも第１面７に平行な方向の幅ｗ１が大きい場合、言い換えれば、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい場合には、空孔２１の比率を抑えつつ耐衝撃性をさらに高めることができる。これは、以下の理由による。

切削加工物を製造するため被削材を切削加工する際に、被覆層５に対しては第１面７に直交する方向に切削負荷が加わり易い。このとき、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１よりも第１面７に平行な方向の幅ｗ１が大きい形状である場合には、空孔２１を必要以上に大きくすることなく、空孔２１の広い範囲で切削負荷を吸収することができる。そのため、空孔２１の比率を抑えつつ耐衝撃性をさらに高めることができる。なお、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１とは、空孔２１が第１面７に直交する方向の高さｈ１の最大値である。

具体的には、第１面７に平行な方向での空孔２１の高さｈ１の平均値に対する第１面７に直交する方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値の比率が１．２以上である場合には、空孔２１の広い範囲で切削負荷を吸収しやすい。また、上記の比率が２以下である場合には、第１面７に直交する方向での空孔２１の変形量が確保され易いので、空孔２１において安定して切削負荷を吸収しやすい。

第１面７に直交する断面での第１面７及び第２面９の境界の最大高さをＲｚとした際に、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値がＲｚよりも小さい場合には、被覆層５の耐久性の低下を抑え易い。

炭窒化チタン層１３における隣り合う空孔２１間に位置する第１部分Ｘ及び複数の空孔２１が変形することによって本開示の被覆工具１は高い耐衝撃性を備えている。ここで、第１面７に直交する方向での空孔２１の幅の平均値がＲｚよりも小さい場合には、隣り合う空孔２１を結ぶ仮想線が、空孔２１の幅よりも大きく折れ曲がったジグザグ形状で示される。

仮想線が上記の形状で示される際には、仮に第１部分Ｘの一つに亀裂が生じた場合であっても、この亀裂が生じた第１部分Ｘの隣に位置する第１部分Ｘに亀裂が進展しにくい。そのため、被覆層５の耐久性が低下しにくい。

また、第１面７に直交する断面において、空孔２１から炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の境界２２までの距離ｄ１の平均値が、第１部分Ｘの幅ｗ２の平均値よりも大きくてもよい。以下、空孔２１から炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の境界２２までの距離ｄ１を第１距離ｄ１ともいう。このような構成を有すると、被覆層５の耐久性が低下しにくい。なお、第１距離ｄ１とは、空孔２１における、境界２２への距離の最小値である。以後、炭窒化チタン層１３及炭窒酸化チタン層１４の境界２２を単に第２境界２２ということがある。

これは、上記の場合においては、第１部分Ｘと比較して空孔２１から第２境界２２までの距離が十分に確保できるため、仮に第１部分Ｘの一つに亀裂が生じた場合であっても、この亀裂が第２境界２２に達しにくいからである。上記の亀裂が第２境界２２に達しにくいため、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性が低下しにくい。

空孔２１は、炭窒化チタン層１３に位置しており、第２境界２２から離れて位置している。ここで、第１面７に直交する断面において、空孔２１から第２境界２２までの距離ｄ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きくてもよい。このような構成を有すると、被覆層５における耐衝撃性を高めつつ炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性が低下しにくい。

これは、空孔２１の大きさと比較して空孔２１から第２境界２２までの距離が十分に確保できるため、切削負荷を吸収するため空孔２１が変形する場合であっても、第２境界２２は変形しない、または、変形量が十分に小さくなるからである。第２境界２２が大きく変形しにくいため、炭窒化チタン層１３及び炭窒酸化チタン層１４の接合性が低下しにくい。

また、空孔２１から第１面７までの距離を第２距離ｄ２としたとき、第２距離ｄ２の平均値は、第１距離ｄ１の平均値よりも大きくてもよい。このような構成を有すると基体３と炭窒化チタン層１３の接合性が低下しにくい。

＜製造方法＞
次に、本開示に係る被覆工具の製造方法の一例を説明する。

まず、基体３となる硬質合金を焼成によって形成しうる炭化物、窒化物、炭窒化物及び酸化物などから選択される無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末などを適宜添加及び混合して、混合粉末を作製する。

例えば平均粒径１．０μｍ以下の炭化タングステン（ＷＣ）粉末を７９～９４．８質量％、平均粒径０．３～１．０μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．１～３．０質量％、平均粒径０．３～２．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ₃Ｃ₂）粉末を０．１～３質量％、平均粒径０．２～０．６μｍの金属コバルト（Ｃｏ）を５～１５質量％、さらに所望により、金属タングステン（Ｗ）粉末、あるいはカーボンブラック（Ｃ）を混合する。

次に、上記混合に際して、メタノール等の有機溶媒をスラリーの固形分比率が６０～８０質量％となるように添加するとともに、適切な分散剤を添加し、ボールミルや振動ミル等の粉砕装置で１０～２０時間の粉砕時間で粉砕することにより、混合粉末の均一化を図った後、混合粉末にパラフィン等の有機パインダを添加して成形用の混合粉末を得る。

そして、上記混合粉末を用いて、例えばプレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定形状に成形した後、０．０１～０．６ＭＰａのアルゴンガス中、１３５０～１４５０℃、望ましくは１３７５～１４２５℃で、０．２～２時間焼成した後、５５～６５℃／分の速度で８００℃以下の温度まで冷却することにより基体３が得られる。

なお、必要に応じて、基体３の表面に研磨加工及びホーニング加工を施してもよい。

次に、基体３の表面に化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層５を成膜する。

まず、炭窒化チタン層１３における窒化チタン層１７（下地層）を成膜する。水素（Ｈ₂）ガスに、０．５～１０体積％の四塩化チタンガスと、１０～６０体積％の窒素ガスとを混合して、反応ガスとして用いられる第１混合ガスを作製する。第１混合ガスを１０～２０ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、８３０～８７０℃の温度域で窒化チタン層１７を成膜する。

次に、炭窒化チタン層１３における第１領域１９ａを成膜する。水素ガスに、０．５～１０体積％の四塩化チタンガスと、５～６０体積％の窒素ガスと、０．１～３体積％のアセトニトリルガスとを混合して、第２混合ガスを作製する。第２混合ガスを６～１２ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、８３０～８７０℃の温度域でＭＴ－炭窒化チタンを含有する第１領域１９ａを成膜する。

次に、中間領域１９ｃを成膜する。水素ガスに、３体積％～３０体積％の四塩化チタンガスと、３体積％～１５体積％のメタンガスと、５体積％～１０体積％の窒素ガスと、０．５体積％～５体積％の二酸化炭素ガスとを混合して、第３混合ガスを作製する。第３混合ガスを６～１２ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、９８０～１０５０℃の温度域で５０～３００ｎｍ程度の厚みの中間領域１９ｃを成膜する。第３混合ガスが二酸化炭素ガスを含有していることによって、この中間領域１９ｃに空孔２１が形成される。上記の条件とすると、第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも小さい被覆工具１を作製できる。

また、このとき中間領域１９ｃの厚みが５０～３００ｎｍ程度と薄いため、中間領域１９ｃに形成された空孔２１を、基体３及び炭窒化チタン層１３の境界１６に沿った方向に並んで位置させることが可能となる。

次に、炭窒化チタン層１３における第２領域１９ｂを成膜する。水素ガスに、１～４体積％の四塩化チタンガスと、５～２０体積％の窒素ガスと、０．１～１０体積％のメタンガスと、０．５体積％～１０体積％の二酸化炭素ガスとを混合して、第４混合ガスを作製する。第４混合ガスを５～４５ｋＰａのガス分圧でチャンバ内に導入し、９５０～１０５０℃の温度域で０．３～３μｍ程度の厚みのＨＴ－炭窒化チタンを含有する第２領域１９ｂを成膜する。

次に炭窒酸化チタン層１４を成膜する。まず、水素ガスに、３～３０体積％の四塩化チタンガスと、３～１５体積％のメタンガスと、５～１０体積％の窒素ガスと、０．１～０．５体積％の一酸化炭素ガスとを混合して、第５混合ガスを作製する。第５混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９００～１０５０℃、チャンバ内の圧力を５～４０ｋＰａとして、第１炭窒酸化層１４ａを成膜する。

続いて、水素ガスに、３～１５体積％の四塩化チタンガスと、３～１０体積％のメタンガスと、３～２５体積％の窒素ガスと、０．５～３体積％の一酸化炭素ガスとを混合して、第６混合ガスを作製する。第６混合ガスをチャンバ内に導入し、成膜温度を９００～１０５０℃、チャンバ内の圧力を５～４０ｋＰａとして、第２炭窒酸化層１４ｂを成膜する。

このとき、第５混合ガスに比べて、第６混合ガスに含まれる一酸化炭素ガスの割合を多くすると、第１炭窒酸化層１４ａよりも第２炭窒酸化層１４ｂに含まれる酸素量を多くすることができる。

次に、酸化アルミニウム層１５を成膜する。成膜温度を９５０℃～１１００℃、ガス圧を５ｋＰａ～２０ｋＰａとし、反応ガスの組成が、水素ガスに、５体積％～１５体積％の三塩化アルミニウムガスと、０．５体積％～２．５体積％の塩化水素ガスと、０．５体積％～５．０体積％の二酸化炭素ガスと、０体積％～１体積％の硫化水素ガスとを混合して、第７混合ガスを作製する。第７混合ガスをチャンバ内に導入し、酸化アルミニウム層１５を成膜する。

その後、必要に応じて、成膜した被覆層５の表面における切刃１１が位置する部分を研磨加工する。このような研磨加工を行った場合には、切刃１１への被削材の溶着が抑制され易くなるため、さらに耐欠損性に優れた被覆工具１となる。

なお、上記の製造方法は、被覆工具１を製造する方法の一例である。したがって、被覆工具１は、上記の製造方法によって作製されたものに限定されないことは言うまでもない。例えば、酸化アルミニウム層１５の上に別途第３層を成膜してもよい。

第１面７に直交する断面において、第１面７に平行な方向での空孔２１の幅ｗ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、中間領域１９ｃの成膜の際に時間調整を行い、中間領域１９ｃを５０～１５０ｎｍ程度の厚みに成膜するとよい。

第１面７に直交する断面において、空孔２１から第２境界２２までの距離ｄ１の平均値が、第１面７に直交する方向での空孔２１の高さｈ１の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、中間領域１９ｃの成膜の際に時間調整を行い、５０～１５０ｎｍ程度の厚みに成膜したのち、炭窒化チタン層１３における第２領域１９ｂを、０．５～３μｍ程度の厚みに成膜するとよい。

第１面７に直交する断面において、空孔２１から第２境界２２までの距離ｄ１の平均値が、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも大きい被覆工具１を作製するには、炭窒化チタン層１３における第２領域１９ｂが、隣り合う空孔２１の間隔ｗ２の平均値よりも厚くなるように成膜するとよい。

＜切削工具＞
次に、本開示の切削工具１０１について図面を用いて説明する。

本開示の切削工具１０１は、図５および図６に示すように、第１端（図５における上）から第２端（図５における下）に向かって延びる棒状体であり、第１端の側に位置するポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。本開示の切削工具１０１においては、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５の先端から突出するように被覆工具１が装着されている。

ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。

ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシートを挟んでいてもよい。

被覆工具１は、稜線における切刃として用いられる部分がホルダ１０５から外方に突出するように装着される。被覆工具１は、ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通穴２３にネジ１０７を挿入し、このネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。

ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。

図５、６に示す例では、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。

１・・・被覆工具
３・・・基体
５・・・被覆層
７・・・第１面
９・・・第２面
１１・・・切刃
１３・・・炭窒化チタン層
１４・・・炭窒酸化チタン層
１４ａ・・第１炭窒酸化層
１４ｂ・・第２炭窒酸化層
１５・・・酸化アルミニウム層
１６・・・第１境界（基体及び炭窒化チタン層の境界）
１７・・・窒化チタン層
１９・・・炭窒化チタン層
１９ａ・・第１領域
１９ｂ・・第２領域
１９ｃ・・中間領域
２１・・・空孔
２２・・・第２境界（炭窒化チタン層及び炭窒酸化チタン層の境界）
２３・・・貫通穴
ｄ１・・・第１距離
ｄ２・・・第２距離
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims

第１面を具備する基体と、
前記第１面の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具であって、
前記被覆層は、少なくとも、前記基体側から順に炭窒化チタン層、炭窒酸化チタン層、酸化アルミニウム層とを有し、
前記炭窒化チタン層は、前記第１面に直交する断面において、前記第１面に沿った方向に並んで位置する複数の空孔を有し、前記第１面に沿う方向における前記空孔の幅の平均値が、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも小さく、
前記第１面に直交する断面において、前記空孔の幅の平均値が、前記第１面に直交する方向における前記空孔の高さの平均値よりも大きく、
前記炭窒酸化チタン層は、厚みが０．１～３μｍであって、前記第１面に直交する断面において前記厚みの半分で分け、前記炭窒化チタン層に接する層を第１炭窒酸化チタン層、前記酸化アルミニウム層に接する層を第２炭窒酸化チタン層としたとき、該第２炭窒酸化チタン層における酸素量が、前記第１炭窒酸化チタン層における酸素量よりも多い、被覆工具。
前記第１面に直交する断面において、前記炭窒化チタン層と前記炭窒酸化チタン層との境界から前記空孔までの第１距離の平均値は、前記第１面に直交する方向における前記空孔の高さの平均値よりも大きい、請求項１に記載の被覆工具。
前記第１面に直交する断面において、前記空孔から前記第１面までの第２距離の平均値は、前記第１距離の平均値よりも大きい、請求項２に記載の被覆工具。
前記第１面に直交する断面において、前記炭窒化チタン層と前記炭窒酸化チタン層との境界から前記空孔までの第１距離の平均値は、隣り合う前記空孔の間隔の平均値よりも大きい、請求項１～３のいずれか１つに記載の被覆工具。
第１端から第２端に向かって伸びる棒状であり、前記第１端の側に位置するポケットを有するホルダと、
前記ポケット内に位置する、請求項１～４のいずれか１つに記載の被覆工具とを有する切削工具。